Способ смешения жидкостей

 

Изобретение относится к устройствам для смешения потоков жидкостей и может быть использовано в химической, пищевой, ликероводочной и других отраслях промышленности. Способ включает подачу жидкостей в емкость и перемещение в ней посредством размещенного в трубе вертикального вала со шнеком на конце. Минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 2-32 мм, и соблюдаются следующие соотношения: d_т: d_e = 1: (5,3-7,6), h_ш: h_т = 1: (3,1-4,25), S : d_ш = 1: (2,9-3,6), где d_т - диаметр трубы; d_е - диметр емкости; h_ш - высота шнека; h_т - высота трубы; S - шаг шнека; d_ш - диаметр шнека. Предпочтительно минимальное расстояние между шнеком и днищем емкости z_н составляет 250-350 мм. Желательно, чтобы соблюдалось соотношение h_min: (z_н + h_т) = 1: (2,8-3,3), где h_min - минимальный уровень жидкости в емкости. Технический результат - повышение эффективности смешения жидкостей относительно невысокой плотности, предпочтительно спирта и воды, улучшение качества готового продукта и его стойкости при хранении. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для смешения потоков жидкостей и может быть использовано в химической, пищевой, ликероводочной и других отраслях промышленности.

Известен способ смешения, заключающийся в подаче жидких материалов через тангенциальные патрубки во внутреннюю полость корпуса, внутри которого расположен вал с упругими лепестками, установленными под углом 30-60^o к плоскости вращения, причем соседние лепестки имеют противоположный наклон и образуют зазор поочередно с крышкой и днищем (SU, авторское свидетельство, 1491555, В 01 F 3/08, 1989). Недостатком способа является то, что он не подходит для смешения больших объемов жидкостей.

Другой известный способ смешения предусматривает цикличную подачу поперечного потока одной среды в центральный поток другой среды, при этом место ввода поперечного потока в каждом цикле непрерывно перемещают в сторону входа центрального потока (SU, 1414435, В 01 F 3/02, 1988). Этот способ был разработан преимущественно для смешения газов и не позволяет получить качественные смеси жидкостей.

Для приготовления водно-спиртовой смеси предложено использовать устройство, содержащее корпус, разделенный диафрагмой с отверстием на камеры предварительного и окончательного перемешивания. Патрубок подачи спирта, корпус и диафрагма выполнены соосными. Патрубок подачи спирта расположен перпендикулярно патрубку подачи воды. В патрубках подачи установлены дополнительные диафрагмы с отверстиями, выполненными в виде сопел, а на диафрагме патрубка подачи спирта также смонтирован концентратор продольных колебаний (RU, патент, 2034915, C 12 G 3/04, 1995). Этот способ обеспечивает достаточно высокое качество смешения, но не может быть рекомендован для больших объемов жидкостей.

Наиболее близким аналогом заявленного решения является способ смешения, включающий подачу исходных жидкостей в емкость и перемещение в ней посредством по крайней мере одного вала со шнековой мешалкой на конце, вокруг которой установлена циркуляционная труба, что обеспечивает осевую и радиальную циркуляцию смеси (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками, Л. , "Химия", 1975, c. 64-66). Способ достаточно прост, однако не обеспечивает оптимальный режим смешения больших объемов жидкостей, имеющих низкие вязкость и плотность.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, являлось повышение эффективности смешения жидкостей относительно невысокой плотности, предпочтительно спирта и воды, улучшение качества готового продукта и его стойкости при хранении.

Поставленная задача решается тем, что способ смешения жидкостей включает их подачу в емкость и перемещение в ней посредством по крайней мере одного размещенного в трубе шнека, соединенного с вертикальным валом, при этом минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 2-32 мм и соблюдаются следующие соотношения: d_т: d_е= 1: (5,3-7,6) h_ш: h_т= 1: (3,1-4,25), S: d_ш= 1: (2,9-3,6), где d_т - диаметр трубы; d_е - диаметр емкости; h_ш - высота шнека; h_т - высота трубы; S - шаг шнека; d_ш - диаметр шнека.

Предпочтительно минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 5 мм.

Дополнительные отличия заключаются в том, что минимальное расстояние между шнеком и днищем емкости Z_н составляет 250 - 350 мм, а также в том, что минимальный уровень жидкости в емкости h_min не должен быть меньше величины, определяемой соотношением:
h_min: (Z_н+h_т) = 1: (2,8-3,3).

Экспериментально было установлено, что для эффективного перемешивания жидкостей в осевом и радиальном направлениях в условиях значительной турбулентности необходимо, чтобы зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составлял 2 - 32 мм. Оптимальная величина зазора в каждом конкретном случае зависит в первую очередь от плотности смешиваемых жидкостей и скорости вращения шнека. Осуществление способа при указанных в независимом пункте формулы соотношениях размеров емкости, шнека и трубы позволяет не только интенсифицировать процесс смешения, но и получить продукт высокого качества, имеющий высокую стойкость при хранении.

Указанные в зависимых пунктах формулы признаки отражают частные случаи использования изобретения и касаются оптимальных величин зазора между шнеком и внутренней поверхностью трубы, зазора между дном емкости и шнеком, а также минимального уровня жидкости в емкости.

Предложенный способ осуществляют при помощи устройства, схематично показанного на чертеже.

Устройство для смешения включает емкость 1, установленный в частном случае по оси емкости вал 2 со шнеком 3 на конце и трубой 4, размещенной вокруг вала и шнека.

Способ осуществляют следующим образом. Потоки двух смешиваемых жидкостей подают в описанное выше устройство. При вращении вала 2 и шнека 3 происходит засасывание жидкостей через нижнее отверстие трубы 4, их перемещение вверх посредством шнека 3, выброс в емкость 1 через верхнее отверстие трубы 4 и последующее перемещение в направлении дна емкости 1. При этом происходит интенсивное перемешивание жидкостей в турбулентном режиме, обусловленное как их поступательным движением в осевом направлении, так и вращательным движением в радиальных плоскостях. Таким образом, высокая эффективность процесса связана с реализацией оптимального гидродинамического режима смешения, имеющего место при указанных выше соотношениях параметров устройства. Полученная смесь отличается высоким качеством и стабильностью при хранении.

Изобретение поясняется следующим примером.

Пример
Для приготовления водно-спиртовой смеси (сортировки крепостью 40,2 об. %) в емкость 1 подают исправленную питьевую воду по ГОСТ 2874-82 с жесткостью до 0,2 моль/м³ и плотностью 1 г/см³ и спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 5962-67 с объемной долей метилового спирта в пересчете на безводный спирт не более 0,02 об. % и плотностью 0,734 г/см³. Спирт и воду подают в объемном соотношении 1: 1,44. Устройство для смешения имеет следующие размеры: высота емкости Н = 2600 мм, ее диаметр d_е = 2200 мм, высота трубы h_т = 1600 мм, диаметр трубы d_т= 320 мм, высота шнека h_ш= 400 мм, диаметр шнека d_ш= 310 мм, шаг шнека S = 100 мм, минимальное расстояние между шнеком и дном емкости Z_н = 300 мм, минимальный зазор между шнеком и внутренней стенкой трубы δ = 5 мм. Уровень жидкости (высота столба жидкости) составляет 2000 мм. Смесь перемешивают в течение 20 мин при скорости вращения вала 8 об/с. При необходимости состав смеси корректируют (обычно добавляя воду). Полученная водно-спиртовая смесь имеет плотность 0,95 г/см³, хорошие органолептические характеристики и стабильна при хранении не менее 5 лет. После дополнительной очистки ее используют для изготовления высококачественной водки.

Способ может быть осуществлен в устройстве, включающем 3-4 вала со шнеками и циркуляционными трубами вокруг них.

Таким образом, предложенный способ, осуществляемый с использованием относительно несложного в изготовлении оборудования, обеспечивает высокое качество смешения жидких компонентов и их стабильность при хранении.

Формула изобретения

1. Способ смешения жидкостей, включающий их подачу в емкость и перемещение в ней посредством, по крайней мере, одного размещенного в трубе шнека, соединенного с вертикальным валом, отличающийся тем, что минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 2-32 мм и соблюдаются следующие соотношения:
d_т : d_e = 1 : (5,3-7,6);
h_ш : h_т = 1 : (3,1-4,25);
S : d_ш= 1 : (2,9-3,6),
где d_т - диаметр трубы;
d_е - диметр емкости;
h_ш - высота шнека;
h_т - высота трубы;
S - шаг шнека;
d_ш - диаметр шнека.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 5 мм.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что минимальное расстояние между шнеком и днищем емкости z_н составляет 250-350 мм.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что минимальный уровень жидкости в емкости h_min не должен быть меньше величины, определяемой соотношением
h_min : (Z_н + h_т) = 1 : (2,8-3,3).

РИСУНКИ

Рисунок 1